基于改进遗传算法的WSN能量均衡路由算法研究
发布时间：2021-01-30 09:01
无线传感器网络通过传感器节点能感知物理世界的相关数据信息,同时能实现这些数据信息与网络信息的连接,所以无线传感器网络在目标追踪、医疗护理和军事等领域都有广泛应用。由于传感器节点分布环境的不确定,实时保证这些节点的能量供应仍是目前难以解决的问题。如何有效降低网络能耗,如何均衡网络中各节点的能量消耗,如何提高算法效率,从而有效延长网络寿命时间是无线传感器网络中路由协议设计所要解决的主要问题。针对上述问题,本文做了如下工作:1.针对节点数目较少的无线传感器网络,提出了改进的遗传算法来设计网络路由。该算法选用了适合于路由协议的编码策略,从节省网络能耗的角度给出适应度函数,用以提高查找最优路径的效率。为了更有效地增加种群个体的多样性,节约网络有效能量,对遗传算法中选择、交叉、变异操作也作了相应的改进,这样寻找的最优路径不易早熟,能够提高搜索最优路径的效率并能有效节省网络能耗。2.针对节点数目较多的无线传感器网络,寻找该网络的全局最优路径,上述遗传算法存在着大规模路由计算能力较低和早熟问题,对此本文在遗传算法的基础上引入单纯形法搜索最优路径。由于单纯形法以梯度方式可以解决大规模路由计算问题,可有效...
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１网络体系结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１?ｎｅｔｗｏｒｋ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??
都具有四个基本功能：数据采集、处理、传输和能量供应，因此传感器节点的模??块基本相同有：传感器模块、中央处理模块、通信模块和能量供应模块。普通传??感器节点结构具体如图２所示。??传感器模块利用集成的传感器感知环境的变化，将周围的环境信息转换为数??据信息。如集成温度传感器的节点会由于温度的变化而导致传感器发生物理变化，??然后通过传感器模块中的ＡＤＣ将物理信号转换成计算机能够识别的电信号；中??央处理器模块如ＣＰＵ在计算机中一样，在传感器节点中占有重要地位，该模块包??含处理器和存储器这两个部分。通信模块的功能是实现不同传感器节点之间信息??通信，为了降低能耗一般采用Ｚｉｇｂｅｅ或者蓝牙的方式。传感器节点中各个模块的??执行都需要有能量的供应，而且由于每个传感器节点的能量都是有限的，这突出??能量供应这个模块的重要性。能量供应模块的性能决定了传感器节点的生命周期，??当然通过算法优化使得各个模块的能耗均衡从而延长节点的生命周期。??－７?－??
计的路由协议能在大量节点加入或者死亡的情况下仍能自适应的正常工作。当众??多传感器节点在监测区域内发生加入、离开或者移动时，网络的拓扑结构都会发??生改变，为了不影响网络正常工作，就要求路由协议具有较好的拓展性，能根据??网络中节点的改变做相应的调整。??３）以数据为中心的路径??针对传感器数据的不同，网络的应用也会存在差异，那么需要设计相应的路??由协议的要求也会多种多样。路由协议设计的主要依据是数据，客户只关心自己??所需的数据，不过问数据来自哪个传感器节点［２７］。??２．２．２网络路由协议分类??设计什么样类型的路由协议，决定着网络通过什么样的方式将采集到的数据??信息传送给目的节点。与传统以ＱｏＳ为中心的网络不同，无线传感器网络通过高??效率的通信路径传送信息，极大地提高了网络能量的利用率。根据以数据为中心??的应用型网络、网络的资源有限和网络结构特殊的特点，网络路由协议从网络拓??扑结构和网络协议工作特性这两个方面进行分类。如图３所示??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GA和LEACH的WSN引入交通层路径优化算法[J]. 李玉霞,徐永鑫,何磊,张向秀. 电子科技大学学报. 2017(03)
[2]基于Floyd算法的多重最短路问题的改进算法[J]. 左秀峰,沈万杰. 计算机科学. 2017(05)
[3]面向软件定义架构的无线传感器网络[J]. 董玮,陈共龙,曹晨红,罗路遥,高艺. 计算机学报. 2017(08)
[4]基于ACO-PSO算法的点胶路径规划与分析[J]. 张铁虎,俞经虎,王琨. 计算机应用. 2016(S2)
[5]一种新的无线传感器网络非均匀分簇双簇头算法——UDCH算法[J]. 武正江,赵明,邓伊琴. 小型微型计算机系统. 2016(12)
[6]Flooding算法改进及其应用[J]. 唐坚刚,潘锐. 软件导刊. 2016(08)
[7]基于混合遗传算法的虚拟网络映射方法研究[J]. 刘佳,宋涛,胡颖,庄雷. 小型微型计算机系统. 2016(04)
[8]基于随机重复爬山法的交通状态预测[J]. 钱超,代亮,林杉,李雪. 交通运输系统工程与信息. 2016(01)
[9]多主体框架下结合最大期望值和遗传算法的SAR图像分割[J]. 张金静,李玉,赵泉华. 中国图象图形学报. 2016(01)
[10]基于遗传算法求解折扣{0-1}背包问题的研究[J]. 贺毅朝,王熙照,李文斌,张新禄,陈嶷瑛. 计算机学报. 2016(12)
硕士论文
[1]基于分簇的无线传感器网络路由协议的研究与改进[D]. 苏真真.吉林大学 2016
[2]无线传感器网络的低能耗分簇优化算法研究[D]. 彭志强.湘潭大学 2016
[3]基于遗传算法的无线传感网路由协议研究[D]. 周晓明.南昌大学 2015
[4]基于能量均衡的机会路由协议研究[D]. 谢强.太原科技大学 2013
[5]基于神经网络及蚁群算法的WSN分簇路由算法研究[D]. 刘振.江西理工大学 2012
[6]基于遗传算法的无线传感器网络路由协议研究[D]. 马慧慧.长春理工大学 2010
[7]无线传感器网络分簇路由算法研究[D]. 蔡烽.上海交通大学 2008
本文编号：3008634
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１网络体系结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１?ｎｅｔｗｏｒｋ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??
都具有四个基本功能：数据采集、处理、传输和能量供应，因此传感器节点的模??块基本相同有：传感器模块、中央处理模块、通信模块和能量供应模块。普通传??感器节点结构具体如图２所示。??传感器模块利用集成的传感器感知环境的变化，将周围的环境信息转换为数??据信息。如集成温度传感器的节点会由于温度的变化而导致传感器发生物理变化，??然后通过传感器模块中的ＡＤＣ将物理信号转换成计算机能够识别的电信号；中??央处理器模块如ＣＰＵ在计算机中一样，在传感器节点中占有重要地位，该模块包??含处理器和存储器这两个部分。通信模块的功能是实现不同传感器节点之间信息??通信，为了降低能耗一般采用Ｚｉｇｂｅｅ或者蓝牙的方式。传感器节点中各个模块的??执行都需要有能量的供应，而且由于每个传感器节点的能量都是有限的，这突出??能量供应这个模块的重要性。能量供应模块的性能决定了传感器节点的生命周期，??当然通过算法优化使得各个模块的能耗均衡从而延长节点的生命周期。??－７?－??
计的路由协议能在大量节点加入或者死亡的情况下仍能自适应的正常工作。当众??多传感器节点在监测区域内发生加入、离开或者移动时，网络的拓扑结构都会发??生改变，为了不影响网络正常工作，就要求路由协议具有较好的拓展性，能根据??网络中节点的改变做相应的调整。??３）以数据为中心的路径??针对传感器数据的不同，网络的应用也会存在差异，那么需要设计相应的路??由协议的要求也会多种多样。路由协议设计的主要依据是数据，客户只关心自己??所需的数据，不过问数据来自哪个传感器节点［２７］。??２．２．２网络路由协议分类??设计什么样类型的路由协议，决定着网络通过什么样的方式将采集到的数据??信息传送给目的节点。与传统以ＱｏＳ为中心的网络不同，无线传感器网络通过高??效率的通信路径传送信息，极大地提高了网络能量的利用率。根据以数据为中心??的应用型网络、网络的资源有限和网络结构特殊的特点，网络路由协议从网络拓??扑结构和网络协议工作特性这两个方面进行分类。如图３所示??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GA和LEACH的WSN引入交通层路径优化算法[J]. 李玉霞,徐永鑫,何磊,张向秀. 电子科技大学学报. 2017(03)
[2]基于Floyd算法的多重最短路问题的改进算法[J]. 左秀峰,沈万杰. 计算机科学. 2017(05)
[3]面向软件定义架构的无线传感器网络[J]. 董玮,陈共龙,曹晨红,罗路遥,高艺. 计算机学报. 2017(08)
[4]基于ACO-PSO算法的点胶路径规划与分析[J]. 张铁虎,俞经虎,王琨. 计算机应用. 2016(S2)
[5]一种新的无线传感器网络非均匀分簇双簇头算法——UDCH算法[J]. 武正江,赵明,邓伊琴. 小型微型计算机系统. 2016(12)
[6]Flooding算法改进及其应用[J]. 唐坚刚,潘锐. 软件导刊. 2016(08)
[7]基于混合遗传算法的虚拟网络映射方法研究[J]. 刘佳,宋涛,胡颖,庄雷. 小型微型计算机系统. 2016(04)
[8]基于随机重复爬山法的交通状态预测[J]. 钱超,代亮,林杉,李雪. 交通运输系统工程与信息. 2016(01)
[9]多主体框架下结合最大期望值和遗传算法的SAR图像分割[J]. 张金静,李玉,赵泉华. 中国图象图形学报. 2016(01)
[10]基于遗传算法求解折扣{0-1}背包问题的研究[J]. 贺毅朝,王熙照,李文斌,张新禄,陈嶷瑛. 计算机学报. 2016(12)
硕士论文
[1]基于分簇的无线传感器网络路由协议的研究与改进[D]. 苏真真.吉林大学 2016
[2]无线传感器网络的低能耗分簇优化算法研究[D]. 彭志强.湘潭大学 2016
[3]基于遗传算法的无线传感网路由协议研究[D]. 周晓明.南昌大学 2015
[4]基于能量均衡的机会路由协议研究[D]. 谢强.太原科技大学 2013
[5]基于神经网络及蚁群算法的WSN分簇路由算法研究[D]. 刘振.江西理工大学 2012
[6]基于遗传算法的无线传感器网络路由协议研究[D]. 马慧慧.长春理工大学 2010
[7]无线传感器网络分簇路由算法研究[D]. 蔡烽.上海交通大学 2008
本文编号：3008634
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